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1材料与方法
1.1采样点大气汞样品采样点设在中国海洋大学崂山校区环境科学与工程学院四楼(36.16°N,120.5°E,距地面高度9m).于2013年1月14~17日每日09:00~21:00(其中17日09:00~16:00)采集大气中总气态汞(TGM)和颗粒态汞(PHg),每小时采集一次样品.二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)、臭氧、一氧化碳等6项指标的实时小时浓度值和环境空气质量指数(AQI)为青岛市李沧区环境监测站实时监测数据.
1.2样品采集与分析
空气中TGM和PHg样品采集和分析均按照美国EPAMethodIO-5方法[14]进行.
1.2.1TGM采样及分析空气TGM用金砂管采集,吸附管前装置聚四氟乙烯滤器,内装玻璃纤维滤膜(使用前在马弗炉500℃加热2h),滤除空气中的颗粒物,使用真空泵以0.3L/min的流速采样(连接管路均为酸浸泡、清洁处理的聚四氟乙烯管).解析金砂管冷原子荧光光谱仪测定(BrooksRand,ModelIII).测定结果为气态元素汞(GEM).由于活性气态汞(RGM)在气态总汞(TGM)中的比例小于5%,本文中将GEM近似为TGM,以便于与其他地区比较.吸取饱和汞蒸气制作实验标准工作曲线,分析期间每隔12h用标准汞蒸汽进行校正.
1.2.2PHg采样及分析颗粒汞使用开放式聚四氟乙烯滤器采集,用真空泵以28.3L/min的流量把颗粒物收集到玻璃纤维滤膜(WhatmanGF/F1825-047)上,采集的颗粒物为空气中总颗粒物质接近于大气总悬浮颗粒物(TSP).为防止污染,聚四氟乙烯滤器及镊子等实验用具均要经过酸清洁,玻璃纤维滤膜在马弗炉中500℃加热2h,除去其中的汞.分析时,将滤膜置于聚四氟乙烯消解罐中,加入20mL硝酸溶液(10%HNO3,1.6mol/L)进行微波消解.根据EPAmethod1631E[15]测定消解液中汞的含量.待消解液在室温下冷却1h后,取5mL消解液定容至50mL.以5mL/L的量加入BrCl,将其他形态的汞氧化为二价汞;加入0.5mL的NH2OH•HCl,让其反应5min;将样品转到干净的气泡瓶,加入0.25mLSnCl2溶液用300~400mL/min的流量氩气吹20min,富集在金砂管上,解吸金砂管原子荧光光谱仪(BrooksRand,ModelIII)测定.测得的汞回收率为102.1%.
1.3轨迹分析
采用美国国家海洋和大气局(NOAA)的后向轨迹模式(HYSPLIT4)[18],分析采样期间气团移动路径,对抵达青岛的大气气团模拟了跨时3d的后向运动轨迹.考虑到霾日大气污染物主要集中在低空,轨迹计算的起始点高度为100m.轨迹模式所用的气象数据来源于NCEP/NCAR(NationalCentersforEnvironmentalPrediction/NationalCenter)的大气研究.用聚类分析对后向轨迹分组,分组的原则是达到组间差异极大,组内差异极小.
2结果与讨论
2.1大气汞的含量和变化特征2013年1月14~17日,青岛市经历了一次大范围的霾污染过程,14日为重度霾日,15、17日为轻度霾日,16日为非霾日.14~17日PM2.5的质量浓度均值分别为226、163、99、174µg/m3,远超过环境空气质量二级标准(GB3095-2012)(75mg/m3)[19].大气中气态汞(TGM)的平均浓度为(2.8±0.9)ng/m3,颗粒汞(PHg)的平均浓度为(245±174)pg/m3.由表1可以看出,本研究中的TGM浓度远低于贵阳、长春、重庆、兰州、北京等内陆城市,与上海、宁波等沿海城市以及长白山、贡嘎山等偏远山区接近,略高于黄海和成山头等近海海域测定的TGM分别为(2.61±0.50)ng/m3和(2.31±0.74)ng/m3,表明青岛、上海、宁波等沿海地区都受相对清洁的海洋空气影响,TGM含量高于黄海,低于内陆城市.本研究的PHg浓度与上海、长春接近,低于北京、贵阳等地但远高于偏远山区,由于采样期间正处于青岛采暖期,燃煤释放大量颗粒汞,且受霾影响,颗粒物在大气中积累不易扩散,从而导致较高的PHg浓度.尽管采样期间发生严重的霾天气,颗粒态汞偏高,仍低于国内部分内陆城市.1月14~17日,TGM的平均浓度分别为3.16,2.95,1.86,3.40ng/m3,PHg的平均浓度分别为393,329,170,39pg/m3.如图1所示,受气象条件(如温度、风速、风向、湿度等)和人为源、自然源排放等的影响,气态汞(TGM)和颗粒态汞(PHg)浓度呈波动变化.TGM变化趋势与PM2.5一致,14~16日呈下降趋势,17日TGM浓度又开始回升,降温使供热增加导致污染物排放增加.而PHg整体呈下降趋势,14、15日受霾天气的影响,颗粒汞在大气中积累,浓度较高.16日冷空气到来,积累在大气中的PHg也随之被输运到其他地区,颗粒汞浓度降低.17日霾又开始出现,PHg浓度明显低于其他3日,颗粒汞的波动小,含量较为稳定,表明颗粒物的来源、组成或汞含量与14、15日有一定差异.14日和15日,TGM与PHg浓度呈负相关关系(相关系数r分别为-0.327、-0.385;P分别为0.326、0.217).14~17日颗粒汞的质量浓度(PHg/TSP)分别为0.71,0.87,0.63,0.62mg/kg,14、15日PHg的质量浓度明显高于16、17日,表明在重度霾天气下,颗粒物中汞的含量升高,这表明汞在颗粒物中的积累,可能存在TGM向颗粒态汞的转化.空气中TGM是汞的主要存在形态(本研究中占92%),霾日大气中细颗粒物以及其他的大气污染物在低空积聚,容易发生光化学反应产生自由基及臭氧等,都能把元素态汞氧化成二价汞[32],近些年研究认为OH⋅可以直接把Hg0(g)颗粒物氧化成HgO(s)气溶胶颗粒[33],模拟实验表明O3在城市环境中与Hg0反应会生产HgO的气溶胶[34],颗粒物在大气化学中也会起到催化剂的作用[35].反应生成的二价汞及HgO气溶胶结合在颗粒物表面,从而导致气态汞向颗粒汞的转化,使颗粒物中的汞不断积累.16日,随着冷空气的到来,积累在大气中的污染物扩散,污染物含量降低,TGM和PHg变化主要反映了污染源排放的变化,二者呈正相关关系(r=0.429,P=0.148).17日霾重新出现,TGM和PHg浓度又表现为负相关关系(r=-0.607,P=0.144).
2.2环境因子与大气汞浓度的相关性对大气中TGM和PHg与气象要素和其他大气污染物质进行相关分析,结果见表2.TGM、PHg与风速均呈负相关关系,风速的增加有利于大气汞的稀释扩散.二者与相对湿度呈正相关关系,主要是由于雾霾天气高相对湿度是受静稳天气系统的影响而出现的,易造成大气污染物的积累.温度升高,有利于环境中气态汞的再释放.ROSA等[36]对墨西哥受人为影响较少的地区研究得到TGM与温度正相关的结论.本研究中TGM与温度正相关,但相关性不显著,与张艳艳等[37]在上海市的研究结果类似,表明霾日温度不是影响本地TGM变化的主要因素.PHg与温度显著正相关,气温较高的白天也常常是人类活动较多的时候,将向环境中释放各种颗粒物质,如汽车行驶、施工等.另外,在霾日大气中较多的颗粒物和污染物聚集也容易发生光化学反应,发生元素汞的氧化,并与颗粒物结合.Xiu等[21]的研究认为,不同地点PHg与温度的相关关系较为复杂.若二者具有正相关关系,则表明光化学转化是颗粒汞形成的主要途径;反之,若二者负相关,则表明在颗粒物表面的汞沉降作用更为重要.TGM与SO2、NO2呈显著正相关,大气中的SO2和NO2主要来源于化石燃料的燃烧,与Kim等[38]对韩国地区的研究结果一致.化石燃料的燃烧是重要的人为汞源,根据Wu等[39]和Pirrone等[40]的研究,2003年中国的燃煤释放了256~268t汞到大气中,占总的人为汞源的40%左右.研究认为TGM与CO具有相似的来源,且二者的大气停留时间相差不大[41].本研究中也发现TGM与CO显著正相关,这都表明本地TGM变化主要受化石燃料燃烧的影响。比较PHg、TGM与环境因子的相关性可以看出,PHg与各气象因子均存在显著相关性,与其他的大气污染物相关性很弱;TGM与之相反,与各气象因子相关性弱,而与大气污染物显著正相关.可见,在霾日TGM和其他气态污染源的同源性,而PHg浓度主要由大气中颗粒物的组成和含量所控制.气象因素常常影响到大气中颗粒物粗细颗粒的组成、含量、存在时间等.
2.3霾日大气汞的外来源分析大气中的污染物除了来自本地源的影响,还受到外来源输入的影响.来自不同方向的气团经过区域不同,携带的污染物质也会有所差异.因此,对不同路径来源化学物质的分析有助于揭示其可能的来源[4243].对所采集的46个样品用HYSPLIT模型进行了72h的气团后向轨迹聚类分析,分为5类:聚类1,气团来自山东省内,占30%;聚类2,气团来自蒙古中部,占24%;聚类3,气团来自俄罗斯,占3%;聚类4,气团来自俄罗斯与蒙古东部交界附近,占9%;聚类5,气团来自蒙古东部,占30%(图2).由表3可以看出,TGM浓度为聚类1>聚类5>聚类3>聚类4>聚类2,而PHg浓度为聚类3>聚类4>聚类1>聚类2>聚类5.不同的气团来源对TGM和PHg的浓度变化产生不同影响.聚类1所对应的14个样品主要是霾严重的14、15日,传输距离短(72h传输距离约500km),移动速度慢,气团起始高度低(约500m).霾日低空的污染物质不易扩散,而较慢的传输速度有利于气团中污染物质的积累,从而导致聚类1中较高的TGM和PHg浓度.第3类和第4类所占的比例小,均为长距离传输,样品也来自14、15日,但与聚类1的气团来源差异较大,聚类3和4样品分别来自14日傍晚和15日早晨,而聚类1样品来自14、15日的上午和午后.聚类3和聚类4的PHg浓度接近,明显高于其他3类.聚类3的气团在传输60h后高度仍大于500m,而聚类4的气团传输48h后接近地面传输.聚类4的PM10和PM2.5浓度约为聚类3的一半,但由于近地面污染严重,PHg在颗粒物中所占的比例要高于聚类3.因此,霾日大气中的汞主要来自近距离传输,长距离传输气团也带来污染区域的颗粒物,PHg含量升高.聚类5与聚类1所占比例相同,但聚类5的72h传输距离约1500m,气团起始高度(约1000m)也要高于聚类1.聚类5的PHg浓度最低,TGM浓度仅次于聚类1,原因是聚类5的14个样品中有8个来自17日,5个来自16日.16日的冷空气导致大气中积累的颗粒态汞被带到其它区域,17日霾日PHg在颗粒物中积累较少,颗粒物浓度也较低.而TGM由于在大气中的停留时间长,受外来源的影响较大,气团的传输过程中携带了大量途径区域的TGM进入青岛地区,冷空气过后夜晚供暖增强也会向空气中排放较多的气态元素汞.聚类2气团经24h的传输后,气团的途径区域与聚类5基本一致,然而其TGM和PHg浓度均较低.原因是聚类2所对应的11个样品中有8个来自于16日,受冷空气影响,带来相对清洁的空气.
3结论
3.12013年1月14~17日,青岛霾天气下,大气中气态汞(TGM)的平均浓度为(2.8±0.9)ng/m3,颗粒汞(PHg)的平均浓度为(245±174)pg/m3.TGM浓度与其他沿海城市及偏远山区相当.采暖期燃煤释放以及霾天气下颗粒污染物的积累,导致较高的PHg浓度.
3.2重度霾日PHg/TSP值显著高于非霾日,且在霾日TGM和PHg含量呈负相关.霾日大气中细颗粒物含量高,可能存在TGM向PHg的转化,使颗粒物中汞的含量增加,对健康影响不利.
3.3气象因子是影响大气污染物扩散的重要因素.TGM浓度与温度、湿度正相关,与风速负相关,与SO2、NO2、CO显著正相关,气态元素汞主要来自化石燃料燃烧.PHg与气象因子相关,受气象的影响较为明显.
关键词 酸雨;pH值;K值;影响因素;广东梅县
中图分类号 X517 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)17-0265-01
近年来,随着梅州市经济的快速发展,工业污染加重,汽车尾气、生活废气等酸性气体排放量增多,空气质量不断下降,降水酸性化程度增强。酸雨,是当前全球性环境污染问题之一,其观测与研究具有重大意义。酸雨是指pH值小于5.60的大气降水[1]。酸雨是由于人类活动排放的大量酸性物质,在大气中被氧化成不易挥发的硫酸和硝酸,并溶于雨水降落到地面所形成的[2]。本文主要对2007―2011年梅县降水的pH 值及K值进行分析,通过雨量加权平均计算得到年降水平均pH值、年降水平均K值,分析其变化趋势和主要影响因素。
1 降水取样标准和监测数据来源
酸雨采样点设置在梅县国家气象观测站内,逢雨采样,每天8:00至翌日8:00为1个酸雨采样日,雨量采用全样混合[3]。监测数据来源于梅县地面观测站的酸雨观测资料,严格按照中国气象局制定颁发的《酸雨观测业务规范》进行采样和测量。
2 酸雨监测数据分析
大气降水的酸碱度用pH值表示。pH值定义为氢离子浓度的负对数,系无量纲量,pH=-lg[H+],按降水pH值划分,大于7.00为碱性,5.60~7.00为中性,4.50~5.59为弱酸性,4.00~4.49为较强酸性,低于4.00为强酸性。大气降水的导电能力反映大气降水的洁净程度,用电导率表示,俗称K值[1]。电导率(K)用于判断大气降水中电解质含量的多少,在一定程度上能反映降水受污染程度。2007―2011年酸雨观测pH值分别为4.85、4.68、4.80、4.67、4.97;K值年平均值分别为19.0、34.4、30.1、31.5、18.7 μS/cm。
从图1可以看出,测站5年降水年均pH值均小于5.00,在4.67~4.97波动;2007年污染程度相对较低,2008年起4年年均pH值为4.70~5.00。2011年酸雨污染状况虽有所缓解,但年平均pH值仍在5.6以下,呈弱酸性。年均pH值与K值呈负相关性,pH值降低则K值升高,即降水的酸性程度越强,降水洁净度越低(K值越大电解质含量越多,洁净度越低),这表明测区的降水洁净度差,主要是由于酸性物质污染。
3 酸雨污染主要影响因素
3.1 地理位置与大气污染
梅县地处广东省东北部,境内山峦起伏,地势周高中低,自西南向东北倾斜。梅县观测站北面是梅州市中心;西南面和东北面各有2个大型水泥基地,西北面是一大型火力发电厂(均以煤炭为燃料),释放大量含SO2酸性气体;周边各大小工业园的工业废气;观测场附近逐年兴建新楼盘产生酸性建筑灰尘。
3.2 气候特征与风向风速
梅县属于亚热带季风气候,春季来自印度洋的暖湿气流在弱冷空气的作用下开始抬升,边界层内的大气易形成深厚的逆温层[4],使污染物只能向下积沉。
风是影响污染物扩散的重要动力因子,风向影响污染物的水平迁移扩散的方向[5]。风速较小不利于污染物的扩散[6]。而梅县主导风向为静风和西南风,处于市区跟工业排污的下风区,大气污染物在西南风的作用下逐渐下沉积聚,常年风速较小(平均风速为1.4 m/s),污染难于得到扩散和稀释,使酸性污染物在低层大气中不断地积累而形成酸雨。
4 结语
依据观测数据分析,2007―2011年5年来,观测区内降水酸性化程度愈来愈强,酸雨污染较为严重,空气质量下降。这必将在一定程度上破坏陆生、水生生态系统,造成土壤酸化、森林死亡或退化、农作物减产、水体污染、鱼类等水产生物死亡,甚至危及人类健康。因此,作为国家基本气象观测站,对酸雨的监测应毫不松懈,力求观测数据准确真实,客观反映测区酸雨污染状况,并及时反馈上级部门和政府有关部门。相关部门应严格监控大气质量,并作出相关措施,减少汽车尾气排放,防治工业污染,坚持走可持续的发展道路[7-9]。
5 参考文献
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关键词:PM2.5;PM10;相关性分析;判别分析;湖州地区
中图分类号 X831 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2014)01-02-145-04
颗粒物又称尘,大气中的固体或液体颗粒状物质。大气中粒径在10μm以下的颗粒物称为可吸入颗粒物,即PM10;粒径在2.5微米以下的颗粒物称为细颗粒物,即PM2.5。近年来,随着我国工业经济的发展,以及汽车拥有量的增加,大气污染日益严重,各地也对其进行了深入的研究[1-6]。湖州市地处长三角经济区,人口稠密,工业化程度高,人均汽车拥有量高,因此研究湖州市大气颗粒物的污染特点十分必要。
本文通过分析本文主要分析冬季大气中PM2.5和PM10的总体污染水平、变化特点以及与大气中的氧化物的相关性,从而为了解和控制细颗粒物的污染水平,治理大气污染提供理论依据。
1 污染水平
湖州冬季PM2.5的24h平均浓度的均值为99.4μg/m3,超出美国标准(35μg/m3)184%,超出我国拟用标准(75μg/m3)32.5%。最低值22μg/m3,最高值193μg/m3,中值93μg/m3。在90d中,超出美国标准的日数共有73d,超标率81.1%;超出我国拟用标准的日数共有62d,超标率68.9%。
PM10的24小时平均浓度的均值为135.9μg/m3,属轻微污染。按照我国目前的空气质量分级来划分,属于优(0~50)的日数有5d,占5.6%;属于良(51~100)的日数共22d,占24.4%;属于轻微污染(101~150)的日数共29d,占32.2%,属于轻度污染(151~200)的日数共18d占20%;属于中度污染(201~250)的日数共14d,占15.6%;输入中重度污染(251~300)的日数有2d,占2.2%。
2 变化特点
2.1 日变化 将90日的PM2.5、PM10及相关气体的小时均值求平均,绘制24h变化曲线如图1。
分析图中变化曲线可以发现:PM10和PM2.5浓度都呈现两边(周末)高、中间(工作日)低的现象,表现出明显的周末效应[7-11]。其中,PM10在工作日变化曲线较平直,PM2.5在工作日期间也有小幅的波动。二氧化氮(NO2)呈现周末稍高。这与周末人们出行更多、汽车尾气排放量更大相吻合。二氧化硫(SO2)的周变化曲线平直,臭氧和一氧化(CO)的变化则没有明显的规律可循。
3 相关性分析
将90日的PM2.5、PM10及相关气体的小时均值进行相关检验。样本总量90×24=2 160,由于个别时次数据记录缺测,实际样本为2 142至2 149不等。采样间隔为一小时。绘制各要素之间的散点图可得知各因子之间存在着一定的线性关系,故采用泊松相关进行检验,检验结果如表2所示。
结果显示,各因子间的sig值(假设概率)均为0.000,完全拒绝了不相关的原假设,各因子间都彼此存在显著相关。PM2.5和PM10的相关系数高达0.849,为高度线性相关,表明两者有着共同的污染源。PM10与二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳的相关系数均超过了0.5,PM2.5与二氧化氮、一氧化碳的相关系数也超过0.5,均为显著线性相关,PM2.5与二氧化硫的相关系数是0.493,接近0.5。臭氧与PM2.5和PM10均呈负相关。
对相关因子再作逐一作偏相关分析(见表3),发现当控制二氧化氮时,PM2.5和PM10与臭氧呈现正相关。这与表中的结论相矛盾。这是因为臭氧的合成需要大量的二氧化氮,臭氧含量的升高必然导致二氧化氮的含量降低,从而降低PM2.5和PM10的含量,而将控制二氧化氮时,则PM2.5和PM10则与臭氧含量呈现出了正相关,这说明臭氧本身也是颗粒物的来源之一。二氧化氮的相关系数为-0.579,呈现显著负线性相关。
最后,将PM2.5与PM10与气象要素进行相关性分析,发现PM10与PM2.5都与风速、气压呈显著负相关,与气温呈正相关,而相对湿度对PM10呈负相关、与PM2.5则假设概率sig值为0.475,超过了0.05,不相关的原假设成立。这是因为PM10是采用干燥法测量,湿度越高,实际PM10值与测得的PM10值的差越大,测量值就越小,故呈负相关;而PM2.5采取了湿度补偿,因此湿度对PM2.5没有统计意义上的实质影响。
4 判别分析
PM2.5和PM10污染水平的升高,直接导致灰霾天气的增加,近两年来,湖州灰霾日数比过去明显增加。选取湖州国家基本气象站2012年12月1日至2013年2月28日人工观测的天气现象资料,与该时段内PM2.5和PM10的日最大值。将90d天气分为两组,分别记作1和2,分别使用PM10和PM2.5求判别函数。
使用PM10判别分析结果如下(表4)
5 结论
(1)湖州冬季PM2.5的24h平均浓度的均值为99.4μg/m3,超出我国拟用标准32.5%,超标日数62日,达标率仅32.1%;PM10的24小时平均浓度的均值135.9μg/m3,空气质量优和良的日数仅27d,占30%;大气污染情况十分严重。
(2)PM10和PM2.5及相关气体呈现出一些明显的日变化和周变化。PM2.5、PM10和二氧化氮的日变化曲线非常相似,说明二氧化氮是引起大气中颗粒物日变化的主要因素。三者曲线均在交通繁忙的时刻以及周末点出现峰值,说明汽车排放的尾气是三者的主要来源。
(3)PM10和PM2.5及相关气体之间均存在显著的相关性。PM2.5和PM10之间有着高度的线性相关,说明两者的主要污染源是相同的。PM10和PM2.5与二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳都呈现显著的正线性相关,说明这三种污染气体是PM10和PM2.5的重要污染源。臭氧与二氧化氮负相关,控制二氧化氮进行偏相关分析发现,PM10和PM2.5与臭氧呈现了正相关,这说明臭氧一方面会降低二氧化氮的浓度,另一方面也会增加大气中的其他颗粒物的含量。将PM10和PM2.5与各气象要素进行相关性分析发现PM10与PM2.5都与风速、气压呈显著负相关,与气温呈正相关。PM10采用了干燥法的观测方法,受相对湿度的影响较大。
(4)将湖州国家基本气象站观测的天气现象数据与PM10、PM2.5日最大值数据进行判别分析,得出了霾的判别函数,判别准确率分别为73.3%和76.7%,并计算得出,PM10小时均值达到217μg/m3或PM2.5浓度达到152μg/m3时,可判断该站已出现霾。
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关键词:冶金焦炭冶炼;无组织排放;排放特征;污染因子;污染监测 文献标识码:A
中图分类号:X758 文章编号:1009-2374(2016)32-0083-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.32.041
1 概论
冶金企业的生产过程需要大量的焦炭作为燃料,但在焦炭的冶炼过程中又会产生焦炉烟气,其烟气征污染因子一般为C6H6(苯)、C7H8(甲苯)、C8H10(二甲苯)、NMHCs(非甲烷总烃)、NH3(氨)等是造成环境污染的主要因素。在日常工作中,相关部门虽然采取了一定的污染防治措施,但并没有取得很好的实际效果,究其主要原因是由于废气中污染物种类多、气体性质在外界因素的影响下易发生不定向变化,特别是废气排放的无组织性严重,没有有效的监控措施,从而造成对其污染物防治工作存在盲目性。因此,需要通过对废气中的特征污染因子进行科学的监测分析,用经过科学监测分析中所得到的有代表性的数据来指导其特征污染物的治理工作具有其重要意义。
2 无组织排放概述
污染物排放过程中,所谓的无组织排放主要指的是一些工业废气没有经过排气筒进行无规则排放。较矮的排气筒是有组织的废气排放,但在某些特定环境下,所产生的现象和无组织排放非常相近,因此,也可以将其当作是无组织排放。在冶金焦炭的冶炼过程中无组织排放都存在大量的有害性气体,会对环境以及人体造成一定的危害。一般来说,其主要污染物包括粉尘物、飞灰、烟气等;烟气中污染物主要为气态污染物,其气态污染物主要包括SO2、NOx、VOCs(C6H6、C7H8、C8H10、NMHCs、NH3等挥发性有机物)等。冶金焦炭的冶炼过程中产生的无组织排放焦炉烟气中的气态污染物分为常规污染物和特征污染物两种,NO2、NOx等属于常规污染物,C6H6、C7H8、C8H10、NMHCs、NH3等属于特征污染物。无组织污染物的污染源具有一定的分散性,同时,污染物在排放过程中离地面较近,不容易被稀释扩散,能够直接对周边地面的大气环境及空气质量造成影响,影响周围人群的正常生活。
3 监测分析
3.1 监测点布置的原则
实际的监测过程中,监测人员可根据工艺分布、占地面积、无组织排放种类、周围环境复杂程度等因素,将该冶金焦炭厂看作是一个无组织排放的污染源,以《大气污染物无组织排放监测技术导则》相关规定为原则进行监测点布设,通过对冶金焦炭厂进行分析,决定以厂界为界限扇形布点,设置11个点位,保证有1个背景点位,以满足相关监测工作的顺利开展。
3.2 监测项目分析
3.2.1 气象因子。通常情况下,气象因子监测分析可以分别同步观测风向和低云量等地面气象观测参数。
3.2.2 污染因子。污染因子主要有C6H6、C7H8、C8H10、NMHCs、NH3这5种。其中NH3是PM2.5实重要的前体物。监测人员通过对炼焦工艺进行研究分析,发现空气中C2~C9对非甲烷总烃(NMHCs)年平均量、大气VOCs对环境具有很大影响。同时,炼焦工艺都会形成C6H6、C7H8、C8H10等物质,对人体健康的影响严重。所以,对该5项特征污染因子进行监测势在必行。
3.3 监测方式及监测依据
3.3.1 监测方式要求。进行污染物监测时,严格遵循国家相关标准,以我国现有的相关方法标准、规范作为监测技术指导,以确保监测结果的代表性和准确性。
3.3.2 监测方法依据及其测量仪器设备。在实际的采样工作中,以《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T 16157-1996)中的相关内容为采样依据,按照《空气和废气监测分析方法》进行相关作业。其中,以HJ 584-2010为依据,采用活性炭吸附CS2解吸气相色谱法测定空气中的C6H6、C7H8、C8H10,其最低检出限均为0.0015mg/m3,主要仪器是GC4029A型气相色谱仪;以《环境空气 非甲烷总烃的测定 气相色谱法》(HJ/T 38-1999)为依据,用于空气中NMHCs的测定,其最低检出限为0.04mg/m3,所用监测仪器为GC4029A型气相色谱仪;以《环境空气 氨的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 533-2009)为依据,用于空气中NH3的测定,其最低检出限为0.01mg/m3,监测过程中主要用到TH-150Z型大气综合采样器、TU-1810型紫外可见分光光度计两种仪器。
4 监测结果分析
4.1 气象因子的监测结果
将冶金焦炭厂看作是一个无组织排放的污染源,其气象因子主要是对风向、风速等情况的监测,为了提高采样数据的精准度,避免出现数据波动过大现象,应该通过移动监控点进行多次采样。具体的采样结果为:2016年4月19日,一共采样4次,具体的数据为:气温(℃)为:19.1、24.3、27.2、25.1;气压(kPa)为:101.5、101.3、101.1、101.3;风向都为:NE,风速(m/s)为:1.5、1.6、1.7、1.7;总云量均为4,低云量为:2、1、1。2016年4月20日,一共采样4次,具体的数据为:气温(℃)为:18.7、23.6、26.8、24.5;气压(kPa)为:101.3、101.2、101.0、101.1;风向都为:NE;风速(m/s)为:1.6、1.4、1.4、1.3;总云量为:5、4、4、3;低云量为:3、2、1、1;2016年4月21日,一共采样4次;具体的数据为:气温(℃)为:19.2、23.8、26.9、25.4;气压(kPa)为:100.9、100.7、100.7、100.8;风向都为:NE;风速(m/s)为:1.3、1.5、1.4、1.3;总云量均为4;低云量为:2、2、1、1。
作者通过对观察数据进行研究分析发现,污染扩散方向会根据风向的不同发生相应的变化,监测点风向情况在很大程度上决定了监测结果。风向除了影响污染气体扩散方向的同时,也会对其扩散路径以及范围产生相应的影响,并且这种影响与风速有着很大关系,影响会随着风速的变大而变得更为明显。
对于监控点的污染因子浓度来说,捕捉效率容易受到污染源排放强度的影响,同时,也会受到风向以及风速变化的影响。如果风向以及风速较为明显,在对污染物的运动情况及其浓度最高点进行判断时就会变得更加容易。在《大气污染物无组织排放监测技术导则》中明确指出当监测时的风向>29°且风速在1.0~3.0m/s之间是最为合适的。当监测对风向、风速没有要求的情况时,在周边设置监控点,可以在静风状态下采样,前提是能够及时捕捉到污染物的浓度最高点。
4.2 特征污染物的监测结果
监测人员通过对3天的监测,NH3和C6H6在上风处都能监测出来,C6H6在上风处偶尔也能检测出,出现这种状况的主要原因是由于冶金企业的位置,周围的污染企业
较多。
焦化工艺是冶金企业重要生产环节,由于工艺技术的特性会造成C6H6、C7H8、C8H10、NMHCs、NH3等多种污染物质的产生,作者通过对不同监测结果进行分析发现:在此次监测气象状态下,企业所在的下风向以及上风向的NMHCs监测浓度虽然呈现出上涨趋势,但其浓度值并没有超过相关规定的标准,其数值小于无组织排放监控所规定浓度5.0mg/m3的限值。企业所在的下风向及上风向的NH3浓度与NMHCs监测浓度表现情况一致,也呈现上涨趋势但是并没有超过规定的浓度标准,氨的环境浓度和厂界浓度在小于0.2mg/m3,控制在恶臭污染物排放标准2mg/m3之内。
在完成NMHCs、NH3的监测结果分析之后,作者又对其他污染因子监测结果进行了分析,发现C6H6、C7H8、C8H10在该厂区都能监测出,并且在下风向与上风向浓度存在较大差异,下风向浓度明显较高。C6H6、C7H8、C8H10的工业对C6H6、C7H8、C8H10的大气污染物综合排放标准分别为0.5mg/m3、3.0mg/m3及1.5mg/m3,C6H6的工业企业设计卫生标准为2.4mg/m3,C8H10的工业企业设计卫生标准为0.3,前苏联居民区对C7H8浓度的限定最高为0.5mg/m3,对监测浓度进行分析,发现3种气体浓度均没有超出规定浓度的范围,进而各种气体的监测浓度均符合相关排放浓度标准。对整体监测结果进行统计分析,获得符合企业正常生产状态下无组织排放特征污染物的实际情况,对于企业特征污染物治理方案的制定具有一定的指导意义。
5 建议与结论
监测人员通过对相应的数据进行分析,污染物浓度虽然都有所增加,但是都能满足环境标准和无组织排放标准的要求。虽然其浓度低于我国相关的要求,但C6H6、C7H8、C8H10、NMHCs、NH3等有害气体的长期排放,会对周围的居民的环境造成一定的影响。因此,相关部门应该积极在一些容易受到污染的地区设置监测点,增加除了常规监测点以外的监测点,定期进行抽查,指导企业的日常环境管理,从而提高企业周围的环境质量。
总之,在国家强调环保节能减排的今天,积极对冶金焦炭厂无组织排放特征污染物的监测具有重要意义。在监测过程中,监测人员应该从冶金焦炭厂的实际状况出发,设置合理的监测点,才能达到良好的监测效果,从而为企业特征污染物治理方案的制定提供科学的监测数字依据。
参考文献
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[2] 郭健,马召坤,李蕾,吴彤.钢铁企业无组织排放特征污染物的监测分析[J].中国环境管理,2016,(1).
[3] 王艳.浅谈无组织排放废气的危害与防治[J].环境研究与监测,2013,26(3).
今年1至9月,湛江空气质量排名一直保持全省第一。在全国众多城市因空气污染叫苦不迭之时,湛江空气质量一路领“鲜”,被誉为“最适合洗肺”的城市,天然“大氧吧”成为湛江特有的城市名片。
在经济发展进入“新常态”的形势下,为守住蓝天碧海,让市民们继续呼吸清新洁净的空气,今年以来,湛江市环保部门进一步改革创新、攻坚克难,通过提高硬件和软件建设,双管齐下治理大气,在谋求经济发展的同时保持青山绿水常在。
提前完成“十二五”电力行业治理任务
有环保专家曾明确指出,工业污染源经过多年治理已经取得一定成效,但仍然是大气污染的重要来源之一。对此,湛江市环境保护局副局长关卉在接受本刊记者采访时表示,有效控制工业废气污染的产生,仍是湛江市大气污染整治的重要抓手之一。
据了解,为督促重点行业企业完成污染减排任务,湛江市环保局为湛江电力有限公司、东兴公司、湛江中粤能源有限公司等排污“大佬”企业量身定制了减排任务清单。其中,要求到2014年底前,湛江电力有限公司要完成4号机组脱硝工程,脱硝率达85%以上,完成建设高效除尘设施,达到特别排放限值(20mg/m3),到2015年火电机组综合脱硫率达到95%以上,湛江中粤能源有限公司燃煤机组脱硫率达95%。
“有了明确的任务清单,加上市环保局不断提醒,企业减排任务完成得都比较理想。”关卉介绍说,目前湛江电力有限公司4台机组和东兴公司2台催化裂化装置脱硫脱硝工程全面完成建设,SO2去除率达到95%,这也使得湛江提前完成了国家和省下达的“十二五”电力行业污染治理任务。
这边治污,那边上马污染项目,这是很多城市正面临的尴尬局面。对此,关卉也深有体会:“为了打破僵局,确保治污工作发挥实效,是否符合污染物总量控制要求,被湛江市作为废气排放建设项目环评审批的前置条件。”
据悉,5年前,作为传统高污染的钢铁行业项目――宝钢湛江项目落户湛江。“如今宝钢项目建设正如火如荼地进行,但环境影响评价工作并未在5年前止步。”关卉告诉记者,湛江市环保局全程跟踪该项目的建设,严格把关各个有可能产生污染的细节,一经评估发现存在污染物超标排放的可能,会立即提出整改要求,及时和项目商寻求整改措施。
此外,湛江市环保局还定期对钢铁、水泥、化工、石化有色金属冶炼等重点行业进行清洁生产审核。关卉表示:“虽然项目建设之初完成了环境审批,但很多企业在生产中仍存在超排行为,通过清洁生产审查能够有效防范和查处此类行为。”
重点整治“黄标车”和小锅炉
“黄标车”是大气污染的重要因子之一。“目前,湛江市正致力于‘黄标车’淘汰工作。”关卉表示,湛江升级油品和推进油气回收综合治理等配套工作也在有条不紊地进行。
据悉,从今年12月起,湛江市将对黄标车全面实施限行,限行区面积占城市建成区面积的30%。湛江市公安局交警支队车管所相关负责人表示:“限行后,如果没有‘绿色环保标志’,车辆可能成了毫无用处的铁疙瘩。”此外,为确保2014年底前完成省下达的1.4万辆“黄标车”淘汰任务,湛江市还出台了淘汰“黄标车”工作实施方案和“黄标车”提前淘汰补贴政策,鼓励“黄标车”尤其是营运“黄标车”提前淘汰。
在油品升级、油气回收综合治理等方面,湛江也取得初步成效。目前,全市范围内已经在推广使用粤IV汽油和国IV车用柴油,并对机动车排气检测实行联网监控管理。全市已有的185家加油站均已完成油气回收综合治理工作。同时,湛江市还制定了相关管理措施和优惠政策,推进各企业油气回收装置的建设。关卉表示:“此举能够有效减少挥发性有机物(VOC)的产生量,控制二次污染产生的臭氧量,降低全市的AQI指数值。”
“除治理‘黄标车’外,治气的关键之一还要看小锅炉燃煤总量是否真正能做到负增长。”在今年广东省大气污染防治工作会议上,广东省环境保护厅相关负责人如是说。
关卉透露:“湛江也正在全面整治燃煤小锅炉,主要加快淘汰4蒸吨/小时以下和使用8年以上10蒸吨/小时以下的燃煤、燃重油和直接燃用生物质工业锅炉。”据悉,今年湛江已淘汰35台燃煤锅炉,同时要求保留的锅炉在2015年底前通过改进燃烧方式,改燃清洁能源或建设烟气治理设施,确保稳定达标排放,并按要求安装在线监测设备或中控系统。
此外,湛江还全面实施大气环境功能区划,将禁燃面积扩大到200平方公里,严令禁止在禁燃区内燃用煤油、重油、柴油等高污染燃料。
硬件大力支撑 确保监测到位
“今天空气不错,监测数值都很理想……”在湛江的街头巷尾,总能看到市民在LED电子屏下讨论当时的空气质量。
“像这样实时城市环境空气质量信息的LED电子屏,在湛江市区最显眼的地方都能看到。”关卉表示,湛江有一套较为完善的空气质量制度,每天实时PM2.5监测数据,保障了市民对环境质量的知情权,让市民生活得更自豪。
同时,根据湛江市政府要求,市环境保护局每天需要定时发送5次大气监测相关数据信息给市主要领导。“一旦发现数据异常,市领导的电话就会打进环保局。”关卉告诉笔者,通常这些异常的数值只是略高于平时,但均在国家相关要求范围内。为确保监测数据的正常传输,市政府分管副市长亲自指示并协调电信部门对大气自动监测数据的传输网络制定了保障工作方案,以保障传输网路随时畅通。
此外,为确保全市环境空气检测系统正常运行,提高监测数据的有效性,湛江市领导不仅亲自过问和关注环境空气质量监测情况,更在软件方面为大气监测工作提供了优厚条件。
据介绍,在监测人员编制极为紧张的情况下,湛江市领导将监测站工作人员从原有的3名增加到7名,尽最大的努力加强了大气自动室的技术力量。同时,为了方便各国控子站点的日常管理,还专门为监测站配备两台专用工作用车,以方便大气监测的日常维护和巡查工作。
一位监测站工作人员很自豪地告诉笔者,“针对全市大气监测的特点,市领导和环保局领导还特地给我们配备了粤西首台臭氧校正仪,如今各项监测数据更加准确了。”